オンチップゲイン素子：集積フォトニクス向け

科学分野:

• フォトニクスおよび材料科学
• 半導体デバイス工学

背景:

• アクティブゲイン素子とパッシブフォトニック集積回路（PIC）とのハイブリッド集積は、高度な光学システムにとって不可欠です。
• III-V族半導体ゲイン材料は、PICにおける光増幅に不可欠です。
• 効率的な結合と安定した性能は、ハイブリッド集積における重要な課題です。

研究 の 目的:

• ハイブリッド集積用の量子ドット（QD）ベースゲインチップの設計を調査すること。
• マルチモード干渉反射器（MMIR）をゲインチップ内に組み込むことの利点を評価すること。
• MMIR搭載ゲインチップが従来の構造と比較して提供する性能向上を評価すること。

主な方法:

• マルチモード干渉反射器（MMIR）を集積した量子ドットゲインチップの設計と製造。
• MMIRを組み込んだリッジ導波路（RWG）レーザーの特性評価。
• 閾値電流とスロープ効率に焦点を当てた、MMIRベースレーザーとファブリー・ペロー構造の性能比較。

主要な成果:

• MMIRを搭載した量子ドットゲインチップは、製造の容易さと強力なOバンド性能を示しました。
• MMIRの組み込みにより、閾値電流が87%低減しました（1 mm長で46 mAに対し6 mA）。
• ファブリー・ペロー設計を上回る90%以上のミラー反射率を示す、より高いスロープ効率が観察されました。

結論:

• MMIRを搭載したQDゲインチップは、ハイブリッド集積のための大幅な性能向上を提供します。
• 1ポートおよび2ポート設計の両方が、大規模PICアプリケーション向けの導波路アライメントを簡素化します。
• これらのゲインチップは、将来のPICにおける広範な採用のための有力な候補です。